Легированные инструментальные стали их марки и применение

Какие бывают легированные инструментальные стали их марки и применение

Легированной инструментальной сталью называют сталь, в которую добавлены определённые химические элементы. За счёт легирования получилось расширить спектр применения нержавеющих металлов.

Это могут быть элементы:

• Вольфрама.
• Титана.
• Молибдена.
• Кобальта.
• Никеля.
• Хрома.

Это требуется для того, чтобы воздействовать на структуру и получить определённые свойства металла. За счёт процентных составляющих легирующих добавлений в составы металла, разделить сталь можно на такие типы, как:

• Низколегированные (меньше чем 2.5%).
• Среднелегированные (меньше 2.5-10%)
• Высоколегированные (больше 10).

Для низколегированного типа, как правило, добавляют соединения никеля, хрома и молибдена. Свойства данного типа стали даёт возможность уменьшить вес конструкций, увеличить эксплуатационные показатели итоговой детали и снизить затраты на металл, так как она обладает большим уровнем текучести.

В составе среднелегированных типах может быть такой элемент, как соединение вольфрама, молибдена, никеля, ванадия. С помощью термических и механических обработок, получается получить оптимальный уровень соотношения пластичности, прочности и вязкости. Данный тип стали незаменим в машиностроительных, судостроительных отраслях. Применяется для таких деталей, как свёрла, развёртки.

Высоколегированные типы стали, в которых в качестве основного элемента добавлены частицы хрома и никеля, имеют резистентные свойства к температурам, коррозийную стойкость, жаропрочность. Данный тип стали имеет свои особенные характеристики, которые достигнуты не только благодаря составу, но и с помощью последующей обработки.

Маркировка легированной инструментальной стали

На инструментальные легированные стали маркировка происходит с помощью цифровых и буквенных обозначений. Буквы говорят о каждом химическом элементе, который входит в состав, а цифра о процентном соотношении. Ниже приведён список добавления элементов и их расшифровка на маркировках.

• Cr(хрома) – Х.
• Ni(никеля) – Н.
• Mo(молибдена) – М.
• Si(кремния) – С.
• Mn(марганца) – Г.
• W(вольфрама) – В.
• Ti(титана) – Т.
• Al(алюминия) – Ю.
• Cu(меди) – Д.
• Nb(ниобия) – Б.
• Co(кобальта) – К.

Стоящая вначале марок цифра, показывает усреднённое количество углерода (когда цифра единственная, значит, показаны десятые доли %, когда 2 – сотые). В случаях, в которых поначалу указана литера, значит что углерод содержится в количестве 1% и выше. В некоторых случаях маркировка указывает добавленную вспомогательную русскую букву в начале марки:

• Быстрорежущая – Р.
• Электротехническая – Э.
• Автоматная – А.
• Шарикоподшипниковая – l.
• И т.д.

Совет: нет определённых универсальных обозначений для марок. В России – это будет ГОСТ, Европе – EN, Америке – Aisi, Германии – DIN.

Где применяют легированные инструментальные стали

Применяются марки легированных инструментальных сталей прямо пропорционально от типа сталей.

Y7, YА7

• Используются на производстве деревообрабатывающего инструмента.
• Пневмоинструмента небольшого размера.
• Зубил, обжимок, бойков.
• Кузнечного штампа. Игольной проволоки.
• Слесарного и монтажного инструмента. Молоток, кувалда, бородка, отвёртка, плоскогубцы, острогубцы, боковые кусачки, рыболовные крючки и пр.

Y8, Y8А, Y8Г, Y8ГА, Y9, Y9A

• Используются при производстве инструментов, что могут работать в ситуации, когда отсутствует разогрев режущих кромок. Сюда относится деревообработка, фрезы, зенковки, поковки, топоры, стамески, долота, пилы продольные и дисковые. Накатных роликов, плит и стержней для литья форм из оловянного и свинцового сплава, который находится под давлением.
• Слесарный и монтажный инструмент. Обжимка для заклёпки, корнера, бородка, отвёртка, острогубцы, боковые кусачки.
• Для калибра простой формы и пониженного класса точности. Холоднокатаная термообработанная лента, имеющая толщину 2.5-0.02 мм, предназначенная для производства плоской и витой пружины и пружинящей детали сложной конфигурации, клапана, щупа, берда, ламели двоильного ножа, конструкционных маленьких деталей, включая детали для часов.

Y10А, Y12А

Y10, Y10A

Для игольных проволок.

Y10, Y10A, Y11, Y11A

• Чтобы производить инструменты, которые работают при условиях, которые не вызывают разогрев режущей кромки.
• Деревообработки. Ручной и поперечной столярной пилы, машинной столярной пилы, спирального свёрла.
• Штампа холодной штамповки маленького размера, без грубого перехода по сечению.
• Калибра простой формы и пониженного класса точности.
• Накатных роликов, напильников, слесарных шаберов и пр.
• Для напильников, шаберов холоднокатаных термообработанных лент, имеющих толщину 2.5-0.02 мм, что предназначенные для создания плоской и витой пружины и пружинящих деталей со сложными конфигурациями. Это клапан, щуп, берда, ламель, двоильный нож, конструкционная мелкая деталь, включая детали на часы.

Y12, Y12A

• Используются для ручных метчиков, напильников, слесарных шабер.
• Штампа для холодного штампования обрезных и вырубных маленьких габаритов и без перехода сечения, холодновысадочных пуансонов и штемпелей маленького размера, калибра несложной формы и пониженного класса точности.

Y13, Y13A

• Используется чтобы создать инструменты увеличенной стойкости к износу на среднем и увеличенном уровне давления, если нет разогрева режущей кромки.
• Напильник, бритвенное лезвие и нож, острых хирургических инструментов, шаберов, гравировальных инструментов.

Данные легированные инструментальные стали их марки и применение довольно популярны по всему миру. Покупать их стоит только у надёжного поставщика, только так можно быть уверенным в действительно качественном изделии.

Марки инструментальных сталей

Вопрос увеличения эффективности обработки конструкционных сталей остается всегда актуальным. Исследования в этом направлении в одно время привели к появлению новых марок стальных сплавов, предназначенных исключительно для изготовления инструмента и оснастки под него. Название они получили соответствующее — инструментальные стали и сплавы. что их отличало от обычных конструкционных? Какими свойствами они обладали?

Общие сведения

Сталь, процент углерода в которой составляет более 0,7%, называют инструментальной. В основе фазовой структуры лежит мартенсит и только в некоторых случаях ледибурит.

Используется главным образом в машиностроении в качестве материала для производства инструмента по обработке черных и цветных сплавов.

Инструментальную сталь отличает ряд особенностей по сравнению с конструкционной. Среди них наиболее важными являются:

• Повышенная твердость, которая составляет 60-65 единиц по шкале Роквелла.
• Дополнительная прочность. Временное сопротивление на разрыв не должно быть ниже 900 МПа.
• Способность сопротивляться воздействию абразивного износа.
• Высокая прокаливаемость — свойство сталей термически упрочняться.
• Красностойкость, которая характеризует металл с точки зрения способности сохранять свои прочностные характеристики при увеличении температурного воздействия на него.

Согласно государственным стандартам предусмотрены следующие разновидности инструментальных марок, исходя из их технологического назначения:

• Инструментальные углеродистые стали ГОСТ 1435-99. Помечаются буквой «У» в начале маркировки. Цифра, следующая далее в обозначении, показывает углеродистую составляющую: У12, У10 и т.д. Размерность берется в сотых долях процента. В конце может ставиться буква «А» (например, У10А), которая показывает, что данная инструментальная сталь имеет уменьшенное количество отрицательных включений. В частности, это относится к сере и фосфору, элементам, ответственным за ухудшение механических свойств стального сплава.
• Легированные инструментальные стали ГОСТ 5950-2000. Цифра, стоящая в начале, показывает сотую долу процента карбидов в стали. В случае ее отсутствия значение данного параметра принимается равным 1%. Далее следует буквенное обозначение легирующих элементов с указанием цифрами их содержания в целых долях процента: Х, 5ХВГ, 9ХС и прочее.
• Быстрорежущие инструментальные стали ГОСТ 19265-73. В технической документации маркируются буквой «Р». Цифрой за ней обозначают ориентировочное содержание вольфрама – базового химического компонента для данной стали. Помимо него быстрорезы могут включать в своем составе кобальт и ванадий. Они также указываются в маркировке соответствующими буквами: К и Ф. Содержание хрома во всех быстрорежущих сталях колеблется в пределах 3-4%. По этой причине его не обозначают в маркировке.
• Штампованные инструментальные стали ГОСТ 1265-74. Маркируется данный вид сталей аналогично легированным. По характеру применения они бывают штампованными сталями холодной и горячей деформации.

Рассмотрим каждый пункт теперь более подробно.

Инструментальная углеродистая сталь

Данный класс в машиностроении используется как материал для производства режущего инструмента с минимальным габаритным размером не более 13 мм. Причина этого ограничения кроется в их ограниченной прокаливаемости. Более крупные габаритные размеры возможны только если большая часть режущей кромки находится на поверхности (короткие свёрла, зенкера и прочее).

Для большинства режущего инструмента — зенковки, ножовки и фрезы — применяются стали У13, У11 и У10. В случае если стальной сплав работает в условиях сильных ударных воздействий, рекомендуется использовать марки типа У8 и У7. Они обладают большим коэффициентом ударной вязкости и, соответственно, способны выдержать большие динамические нагрузки.

Преимуществом инструментальных сталей приведенного класса является низкая цена, приемлемая податливость резанию в отожжённом состоянии и умеренная твердость. Для повышения их механических свойств применяют разного рода термообработку. Прежде всего, это закалка в соляном растворе или воде при 820 ºС плюс низкий отпуск, главное назначение которого — снятие внутренних напряжений.

Главным недостатком углеродистой инструментальной стали — это узкий диапазон температур закаливания, что усиливает внутренние деформации стали при ее термообработке. По этой причине использование данных сплавов ограничивается инструментом, работающим с низкими скоростями резания и температурами нагрева до 220 ºС.

Легированная инструментальная сталь

По сравнению с вышеописанной легированная обладает большей толщиной прокаливаемого слоя и меньшей склонностью к перегреву, что позволяет существенно снизить риск образования трещин во время термообработки инструмента. Благодаря этому минимальный габаритный размер инструмента увеличивается с 12 до 40 мм.

Низколегированные стали марок типа 11Х и 13Х рекомендуются для изготовления метчиков, ножей и напильников толщиной 1-15 мм. Особенно если указанный инструмент при этом имеет большую длину.

Стали 9ХС и ХВГС обладают повышенной красностойкостью с критической температурой 250 ºС. Они используются для сверл, плашек, гребенок и прочего инструмента диаметром до 80 мм. Недостатком их является небольшая хрупкость в отожжённом состоянии и чувствительность к образованию трещин во время шлифовки.

Также легированная инструментальная сталь отлично зарекомендовала себя в изготовлении разного рода измерительного инструмента — штангенциркули, линейки, скобы и прочее — за счет низкого значения коэффициента теплового расширения. Наиболее подходящими из них послужили стали типа Х и ХГ.

Быстрорежущая инструментальная сталь

Быстрорежущих инструментальных сталей от всех выше представленных видов инструментальных стальных сплавов отличает более высокая красностойкость. Данные сплавы не изменяют своих механических характеристик при температурном режиме до 650 ºС. Как результат, скорость резания увеличивается в 5 раза, а долговечность инструментария в 32 раз.

Этого стало возможным благодаря включению в их химический состав вольфрама или его аналога молибдена. Также на теплостойкость положительно влияет добавление в сталь таких металлов как кобальт, ванадий и хром. Наиболее востребованными марками в машино- и станкостроении являются Р18, Р12, Р6М4 и Р10К5Ф5. Из данной группы инструментальных сталей стоит отметить Р12, т.к. она обладает лучшей технологичностью: более податлива обработке давлением.

Термическая обработка данных стальных сплавов включает в себя закалку при 1250 ºС и многократный низкий отпуск при 350 ºС. Превышение указанных температур крайне нежелательно, т.к. это приводит к резкому снижению механических характеристик, в частности образования хрупкости. Иногда для улучшения коррозионностойких свойств быстрорезы дополнительно обрабатываются паром.

Штампованная сталь

Штампованная инструментальная сталь используется в производстве матриц и пуансонов штампов. Как было сказано ранее, она подразделяется на сталь холодного и горячего деформирования.

Инструментальная сталь холодной деформации работают при температуре 250-300 ºС. Сюда относят Х12М и Х12Ф1, в основе которых лежит фазовая структура ледибурит. Их отличие — это высокое значение прокаливаемости, красностойкости и твердости (64 HRC). Из них изготовляют массивные штампы сложной формы, ролики для накатывания резьбы и т.д.

Штампованные стали горячей деформации работают с более горячим металлом, температура которого может доходить до 550 ºС. Поэтому, помимо всего прочего, они должны обладать разгаростойкосью — способностью выдерживать многократные перегревы и не трескаться при этом. Наиболее востребованными марками здесь являются 5ХНМ и ХГМ.

Инструментальные стали в свое время совершили технологический прорыв в области обработки металлов. Их использование позволило повысить скорость резания почти в 5 раз. Но прогресс не стоит на месте. Сейчас они становятся все менее актуальными. Особенно на фоне новостей об усовершенствовании керамических сплавов.

Марки инструментальной стали.

Инструментальная сталь — легированная или углеродистая сталь, предназначенная для изготовления режущих и измерительных инструментов, штампов холодного и горячего деформирования, деталей машин, испытывающих повышенный износ при умеренных динамических нагрузках.

По форме, размерам и предельным отклонениям металлопродукция соответствует требованиям:

• прокат стальной горячекатаный круглый — ГОСТ 2590-88;
• прокат стальной горячекатаный квадратный — ГОСТ 2591-88;
• прокат стальной горячекатаный шестигранный — ГОСТ 2879-88;
• прутки кованые квадратные и круглые — ГОСТ 1113-88;
• полосы — ГОСТ 103-76, ГОСТ 4405;
• прутки, мотки калиброванные — ГОСТ 7417, ГОСТ 8559, ГОСТ 8560 квалитетов h11 и h12;
• прутки со специальной отделкой поверхности — ГОСТ 14955 квалитетов h11 и h12.

Инструментальная легированная сталь ГОСТ 5950-2000

Легированная сталь — сталь, в которую в процессе легирования в определенных количествах вводят специальные элементы, обеспечивающие требуемые свойства. Такие элементы называют легирующими. Они могут повышать прочность и коррозионную стойкость стали и снижать опасность ее хрупкого разрушения.

Легирование стали может проводиться на различных этапах производства металла и заключается во введении легирующих элементов в расплав или шихту. В процессе легирования стали вводимые элементы могут образовывать с основой стали особые химические соединения. Такие интерметаллидные, карбидные и нитридные элементы обладают высокой твердостью и прочностью, химической стойкостью, жаропрочностью и т.п. Равномерное распределение по всему объему твердого раствора и достаточное количество этих элементов в стали придают металлу необходимые свойства при легировании стали.

Для легирования стали используются следующие химические элементы: марганец (Mn) — Г; кремний (Si) — С; хром (Cr) — Х; никель (Ni) — Н; медь (Cu) — Д; азот (N) — А; ванадий (V) — Ф; ниобий (Nb) — Б; вольфрам (W) — В; селен (Se) — Е; кобальт (Co) — К; бериллий (Be) — Л; молибден (Mo) — М; бор (B) — Р; титан (Ti) — Т; алюминий (Al) — Ю.

Чистые металлические элементы при легировании стали обычно не используются. Чаще для легирования стали применяют ферросплавы (сплавы железа) и лигатуры (вспомогательные сплавы). Это экономически выгоднее и позволяет избежать ряда технологических трудностей в процессе легирования стали.

ГОСТ 5950-2000 регулирует нормы изготовления прутков, полос и мотков горячекатаных, кованых, калиброванных и со специальной отделкой поверхности из инструментальной легированной стали, а также нормы химического состава для стали 3Х2МНФ, 4ХМНФС, 9ХФМ, слитков, заготовок, лент, труб, поковки и другой металлопродукции.

Классификация легированных сталей

По количеству легирующих элементов:

• высоколегированная — общая масса легирующих элементов более 10%;
• среднелегированная — общая масса легирующих элементов более 2,5-10%;
• низколегированная — общая масса легирующих элементов до 2,5%.

• I — для изготовления инструмента, используемого для обработки металлов и других материалов в холодном состоянии;
• II — для изготовления инструмента, используемого для обработки металлов давлением при температурах выше 300°С.

По способу дальнейшей обработки:

• а — горячекатаная и кованая металлопродукция для горячей обработки давлением и холодного волочения без контроля структурных характеристик;
• б — горячекатаная и кованая металлопродукция для холодной механической обработки с полным объемом испытаний.

По качеству изготовления:

• обычная;
• высококачественная — А.

По качеству и отделке поверхности:

• горячекатаная и кованая: 2ГП — для подгруппы «а», 3ГП — для подгруппы «б» повышенного качества, 4ГП — для подгруппы «б» обычного качества;
• калиброванная — Б и В;
• со специальной отделкой поверхности — В, Г, Д.

• завод «Электросталь» — ЭИ;
• златоустовский металлургический завод — ЗИ.

Марки инструментальной легированной стали

Марки инструментальной легированной стали I группы: 13Х, 8ХФ, 9ХФ, 11ХФ (ИХ), 9ХФМ, Х, 9Х1, 12Х1 (120Х, ЭП430), 6ХС, 9Г2Ф, 9ХВГ, 6ХВГ, 9ХС, В2Ф, ХГС, 4ХС, ХВСГФ, ХВГ, 6ХВ2С, 5ХВ2СФ, 6ХЗМФС (ЭП788), 7ХГ2ВМФ, 9Х5ВФ, 8Х6НФТ (85Х6НФТ), 6Х4М2ФС (ДИ55), Х6ВФ, 8Х4В2МФС2 (ЭП761), 11Х4В2МФ3° C2 (ДИ37), 6Х6В3МФС (ЭП569, 55Х6В3СМФ), Х12, Х12МФ, Х12Ф1, Х12ВМФ.

Марки инструментальной легированной стали II группы: 5ХНМ, 5ХНВ, 5ХНВС, 7Х3, 8Х3, 4ХМФС (40ХСМФ), 4ХМНФС, 3Х2МНФ, 5Х2МНФ (ДИ32), 4Х3ВМФ (3И2), 3Х3М3Ф, 4Х5 МФС, 4Х4ВМФС (ДИ22), 4Х5МФ1С (ЭП572), 4Х5В2ФС (ЭИ958), 4Х2В5МФ (ЭИ959), Х3В3МФС (ДИ23), 05Х12Н6Д2МФСГТ (ДИ80).

Обозначение марки стали: первые цифры — массовая доля углерода в десятых долях процента, затем буквы — вещество, используемое в качестве легирующего элемента, цифры, стоящие после букв, — средняя массовая доля соответствующего легирующего элемента в целых единицах процентов. Начальную цифру опускают, если содержание углерода не менее 1%. Буква «А», в середине марки стали — содержание азота, в конце — сталь высококачественная. Например, сталь 5ХНМ — 0,5 С, 1 Cr, 1 N1, до 0,3 Mo.

Нестандартные легированные стали, выпускаемые, например, заводом «Электросталь» обозначаются соответствующим сочетанием букв (в данном случае «ЭИ»), после которого идет порядковый номер стали. Например, ЭИ959, ЭП761, ДИ80 и др.

Применение инструментальной легированной стали

Инструментальная углеродистая сталь ГОСТ 1435-99

Углеродистая сталь — сталь, не имеющая в своем составе легирующих элементов, но содержащая углерод в различной концентрации: до 0,25% — низкоуглеродистая сталь, 0,24-0,6% среднеуглеродистая сталь, более 0,6 — высокоуглеродистая сталь.

ГОСТ 1435-94 регулирует нормы изготовления прутков и полос кованых, горячекатаных, калиброванных и со специальной отделкой поверхности из инструментальной углеродистой (нелегированной) стали, а также нормы химического состава для слитков, заготовок, листов, лент, проволоки и другой металлопродукции.

Классификация углеродистых сталей

• быстрорежущая — Р;
• шарикоподшипниковая — Ш;
• электротехническая — Э.

По химическому составу:

• качественная;
• высококачественная — А.

По назначению в зависимости от массовой доли хрома, никеля и меди:

• 1 — для продукции всех видов, кроме патентированной проволоки и ленты;
• 2 — для патентированной проволоки и ленты;
• 3 — для продукции всех видов, изготавливающейся с многократными нагревами, усиливающими возможность проявления графитизации стали, а также для продукции, от которой требуется повышенная прокаливаемость (кроме проката для сердечников, патентированной проволоки и ленты).

По способу дальнейшей обработки:

• а — прокат горячекатаный и кованый для горячей обработки давлением (осадки, высадки), холодного волочения;
• б — для холодной механической обработки (обточки, фрезерования и т.п.).

По качеству и отделке поверхности:

• для горячекатаной и кованой стали: 2ГП — для подгруппы «а», 3ГП — для подгруппы «б»;
• для калиброванной стали — Б и В.
• для проката со специальной обработкой поверхности — В, Г, Д.

По состоянию материала:

• сталь без термической обработки;
• термически обработанная сталь — ТО;
• нагартованный прокат — НГ (для прутков калиброванных и со специальной отделкой поверхности).

Марки инструментальной углеродистой стали

Марки инструментальной углеродистой стали: У7, У8, У8Г, У9, У10, У11, У11А, У12, У13, У13А, У7А, У8А, У8ГА, У9А, У10А, У12А.

Обозначение марки стали: У — углеродистая, следующая за ней цифра — средняя массовая дол углерода в десятых долях процента, Г — повышенная массовая доля марганца.

Применение инструментальной углеродистой стали

Инструментальная быстрорежущая сталь ГОСТ 19265-73

Прутки и полосы из инструментальной быстрорежущей стали изготавливаются согласно требованиям ГОСТ 19265-73.

Инструментальная быстрорежущая сталь используется для изготовления, чаще всего, режущих инструментов. Быстрорежущая инструментальная сталь сочетает в себе высокую теплоустойчивость (600-6500С в зависимости от состава и обработки) с высокой твердостью, износостойкостью (при повышенных температурах) и повышенным сопротивлением пластической деформации.

Свариваемость быстрорежущей стали: при стыковой электросварке со сталью 45 и 40Х свариваемость инструментальной стали хорошая.

Инструментальная быстрорежущая сталь может изготовляться методом легирования стали или без него. В последнем случае она будет являться одним из видов углеродистой стали. В зависимости от того к какому виду она относится, быстрорежущая инструментальная сталь обладает свойствами и классификацией легированной стали или углеродистой стали.

Марки инструментальной быстрорежущей стали

Марки инструментальной быстрорежущей стали: Р18, Р6М5, Р9К5, Р9К9, Р6М5К5, Р6М4К9, Р6М5Ф3, Р9М4К8 и т.д.

Обозначение марки стали: Р — быстрорежущая сталь, цифра — содержание вольфрама в десятых долях процента, М, К — легированная молибденом или кобальтом соответственно.

Легированные инструментальные стали – сплавы для очень ответственных изделий

Под легированными инструментальными сталями (ЛИС) понимают сплавы, которые используются для изготовления различных ответственных инструментов, начиная от сверл и фрез и заканчивая плашками и протяжками.

1 Маркировка и важные особенности инструментальных легированных сплавов

Описываемые стали располагают некоторыми преимуществами, которые отличают их от углеродистых инструментальных стальных композиций. Сверла, фрезы и резцы из ЛИС разрешается применять на высоких скоростях резания металлических заготовок. А вот углеродистые инструментальные стали не позволяют этого сделать, так как при нагреве до 200 °С рабочие приспособления из них утрачивают свою первоначальную твердость.

Более высокими эксплуатационными характеристиками обладают и штампы, сделанные из ЛИС. Они великолепно сопротивляются ударным нагрузкам. При этом стоит заметить, что углеродистые штампы имеют достаточно высокую прочностью и твердость.

Применение легированных инструментальных сталей рекомендовано и тогда, когда требуется получить надежные инструменты большой длины, но малой толщины (развертки, метчики и так далее). Такие приспособления из ЛИС редко выходят из строя за счет того, что не подвержены высокой хрупкости.

Основными легирующими компонентами для описываемых в статье сталей являются кремний, молибден, хром, марганец и вольфрам. Углерода в разных ЛИС содержится до 2,3 % (минимально – 0,3 %).

Марки легированных сплавов для инструментов зашифровываются кодом из цифр и литер. На десятые доли процента содержания углерода указывает первая цифра. Если данный химический элемент присутствует в ЛИС в количестве более 1 %, цифра в маркировке отсутствует. Возьмем для примера распространенные марки инструментальных сплавов ХГ и 9ХС. Первая сталь (ХГ) содержит более 1 % углерода (так как нет цифры перед маркировкой). А во второй этот элемент присутствует в количестве 0,9 %.

Литеры, которые входят в разные марки ЛИС, обозначают следующие химэлементы (легирующие компоненты):

• Г – марганец;
• Х – хром;
• Ф – ванадий;
• В – вольфрам;
• М – молибден;
• С – кремний;
• Н – никель.

Цифры после любых из этих компонентов указывают на то, сколько их имеется в стали (в целых процентах). Когда цифра не ставится, это означает, что легирующая добавка содержится в количестве не более 1 %. Как видим, «расшифровать» марки ЛИС совсем несложно.

2 Применение инструментальных сплавов – зачем нужны разные их марки?

Рассматриваемые стали используются для выпуска измерительного и режущего инструмента, а также для производства штампов. Далее мы приводим некоторые марки ЛИС и указываем сферу их применения:

• 3Х3М3Ф. Такую легированную инструментальную сталь используют для выпуска рабочих приспособлений горизонтально-ковочных агрегатов и кривошипного прессового оборудования (ножи для горячего разрезания заготовок, пресс-формы и другой инструмент, который не боится активного охлаждения в процессе работы станков).
• Х12МФ. Отличный материал для производства матриц и пуансонов для выдавливания, просечных и вырубных сложных по конфигурации штампов. Сталь Х12МФ находит применение и при изготовлении компонентов кузнечных штампов, эталонных шестерен, роликов для профилирования металлических деталей, плашек накатной группы. Этот инструментальный сплав допускается использовать для выпуска практически любых изделий, которые функционируют под давлением в районе 1500–1600 МПа.

• 4Х5МФС. Сталь, предназначенная для изготовления прессовых и молотовых вставок диаметром более 20 сантиметров, а также для небольших молотовых штампов, используемых при массовом производстве деталей. Также 4Х5МФС подходит для литейных пресс-форм, с помощью которых обрабатывают магниевые и алюминиевые изделия.
• ХВГ. Сплав применяют при выпуске износостойких деталей, обладающих повышенными упругими характеристиками и высоким противодействием усталости при изгибе. К их числу относят клейма, фрезы, плашки, развертки, машинные штампели, метчики для холодных работ, а также разные типы технологической оснастки металлообрабатывающего оборудования.

Указанные марки сталей используются для строго определенных целей. Стоимость таких ЛИС достаточно высока за счет высокого уровня их легирования и большого количества легирующих добавок. Существуют и более «универсальные» инструментальные стали, которые подходят для выпуска различных по назначению инструментов. О них мы поговорим в следующем разделе.

3 Популярные и редкие марки легированных инструментальных сплавов

К числу наиболее востребованных ЛИС относят сплавы 11ХФ, служащие для производства режущих приспособлений (в частности, метчиков) сечением не более трех сантиметров, 4ХС (штампы горячей вытяжки, ножницы для резки металла, зубила), 12Х1 (шаблоны, калибры, плитки и иные виды измерительных инструментов), 6Х4М2ФС (накатной, высадочный и вырубной инструмент, включая пневматические зубила).

Гравировальные приспособления, бритвенные лезвия, всевозможные шаберы и хирургические острые ножи изготавливают из сплава 13Х, деревообрабатывающие инструменты – из 7ХФ, кернеры, обрезные «холодные» матрицы, ножи для резки стали и штемпели – из 8ХФ. А вот сталь Х идеальна для производства долбежных и строгальных резцов, применяемых в ремонтных и лекальных цехах, калиберных колец и цилиндрических гладких калибров, максимально твердых пальцевых и эксцентриковых кулачков.

Из других популярных марок инструментальных сплавов выпускают:

• маленькие (толщиной либо сечением до 7 сантиметров) вырубные штампы – ХГС;
• ножи для предприятий бумажной промышленности, технологическая оснастка, инструменты для обработки древесины вручную – ХВСГ;
• граверные и прошивные инструменты – ХВ4;
• деревообрабатывающие рамные и дисковые пилы – 9ХФМ;
• круглые развертки и плашки – ХВСГФ;
• прошивные пуансоны, фрезы и резцы, используемые на малых скоростях резки металлических изделий, гравировальный инструмент высокой твердости – ХВ4Ф;
• ножовочные полотна и пилы (ленточные) по металлу – В2Ф, 9Х5ВФ (их также применяют при выпуске других приспособлений, с помощью которых обрабатывают древесину);
• штамповочный и режущий инструмент – 9Г2Ф.

Молотовые штампы, эксплуатируемые на молотах пневматической и паровоздушной конструкции, делают из следующих ЛИС – 5ХНВС, 5ХНВ, 4ХМНФС, 3Х2МНФ. Их, кроме того, часто используют для выпуска матриц и бандажей для молотов, внутренних втулок с крупными геометрическими параметрами и штампов контейнерной формы.

К редким сплавам относят такие легированные стали: 11Х4В2МФ3С2 (резьбо- и шлиценакатные приспособления), 05Х12Н6Д2МФСГТ (элементы пресс-форм для изготовления пластмассовых и резинотехнических конструкций), 8Х4В2МФС2 (резьбонакатные ролики, матрицы, работающие пол давлением не выше 2300 МПа), 6Х3МФС (чеканочные штампы, штемпели).

Инструментальные стали: углеродистые и легированные марки

Инструментальная сталь — это материал, который на более чем на 0,7% состоит из углерода. Ее ключевыми характеристиками является твердость и прочность, их максимальные показатели достигаются при термической обработки стали. Ее преимущественно используют при изготовлении разных инструментов.

• Преимущества и ассортимент
• Основные виды
  • Легированные материалы и их маркировка
  • Быстрорежущие стали
• Классификация
• Сферы использования
• Требования к материалу

Так называется сталь, содержащая более 0,7% углерода. Ее основными характеристиками являются прочность и твердость, которые достигают максимальных показателей после термической обработки. Основное применение такого стального материала — изготовление инструментов.

Преимущества и ассортимент

Инструментальная сталь является одним из наиболее востребованных материалов на рынке. Сплав имеет высокую твердость и невысокую стоимость. Однако имеется и недостаток у материала — его низкая износостойкость, поэтому его не применяют для производства машинных деталей и оборудования, которое подвергается постоянным нагрузкам.

Сортамент данного материала следующий:

• горячекатаные квадраты и круги;
• кованые полосы, круги и квадраты.

Основные виды

Такой вид материалов подразделяется на такие три основные категории:

• инструментальные углеродистые стали;
• легированные инструментальные стали;
• быстрорежущие.

Все они производятся согласно установленному ГОСТу.

Углеродистые виды материала во время нагревания теряют свою прочность, соответственно, их используют для производства инструментов, которые работают на малых скоростях или при простых условиях резания, когда температура нагревания составляет не больше 200 градусов.

Преимущественно их применяют для производства:

• напильников;
• сверл;
• разверток;
• метчиков и не только.

Поскольку углеродистая инструментальная сталь обладает низкими показателями свариваемости, ее не используют при изготовлении сварных конструкций.

В зависимости от процентного соотношения содержания в материале углерода, марганца, кремния, серы и других элементов он подразделяется на такие марки, как:

• У7;
• У8;
• У8Г;
• У10 и прочие.

Легированные материалы и их маркировка

Легированные материалы в составе дополнительно содержат следующие элементы:

• никель;
• медь;
• марганец и т. д.

Все они улучшают характеристики материала. Легирующие элементы должны указываться при маркировке с помощью специальных обозначений буквами. Все это позволяет заранее увидеть, из чего состоит данная инструментальная сталь. Марки материала также могут включать не только буквы, но и цифры. Цифры указывают на то, в каком количестве тот или иной элемент содержится в стали в процентном соотношении. Если при маркировке цифра не ставится, то количество элемента равно около 1 процента.

При маркировке легированной стали на первом месте стоит количество углерода, которое равно десятым долям процента. Например, марка 6ХС содержит углерод в количестве 0,6%, а также по одному проценту кремния и хрома.

Инструментальные легированные стали преимущественно используются для производства штамповых или режущих инструментов, к ним относят:

• плашки;
• метчики;
• развертки;
• сверла;
• фрезы и не только.

Как и углеродистые стали, легированные материалы тоже непригодны для производства сварных конструкций.

Быстрорежущие стали

Маркировка быстрорежущих материалов состоит из буквы «Р», числа, указывающего на массовую долю вольфрама и букв элементов, присутствующих в составе материала. Это могут быть кобальт, молибден и другие. Далее идут цифровые значения их массовых долей. Если маркировка включает буквы «Ш», то это значит «электрошлаковый переплав».

Доля хрома в быстрорежущей стали при маркировке не указывается, также отсутствует указание массовой доли молибдена, если она не превышает отметку в один процент.

Такие виды материалов оптимально подходят для производства режущих инструментов, которые от трения нагреваются до температуры от 600 до 6500 градусов. При этом они не будут деформироваться, и терять свою твердость. Данный вид изделий хорошо поддается свариванию посредством стыковой электросварки со сталью таких марок, как 45 и 40Х.

Классификация

Все марки для производства подразделяются на следующие группы:

• теплостойкие и вязкие — обычно это заэвтектоидные и доэвтектоидные стали, включающие хром, молибден и вольфрам. Углерод в сталях должен соответствовать низким и средним значениям;
• высокотвердые и вязкие, а также нетеплостойкие — в сплавах содержится минимум легированных элементов, а также среднее количество углевода, отличающиеся малой прокаливаемостью;
• Высокотвердые и теплостойкие, а также износостойкие — это быстрорежущие легированные стали с большим содержанием легированных элементов, сплавы с ледебуритной структурой, в которых содержится более 3 процентов углерода;
• износостойкие, высокотвердые со средней теплостойкостью — материалы имеют заэвтектоидную и ледебуритную структуру, в их составе содержится примерно 2−3 процента углерода и 5−12 процентов хрома;
• высококачественная и качественная инструментальная сталь — отличаются друг от друга по процентному соотношению присутствия в них серы и фосфора;
• высокотвердые и нетеплостойкие — эти инструментальные стали с заэвтектоидной структурой вообще не включают в себя легированные элементы, или же они присутствуют в минимальном количестве. Уровень их твердости обеспечивается за счет большого количества углерода в составе.

Уровень твердости — очень важный параметр для рассматриваемого материала. Обычно высокотвердые стали не используют для производства инструментов, которые во время эксплуатации подвергаются ударным сильным нагрузкам. Это происходит за счет того, что эти сплавы имеют невысокую вязкость и большую хрупкость, из-за чего инструмент, которых из них сделан, может сломаться.

По уровню твердости данные стальные материалы бывают с высоким уровнем вязкости, где углерода содержится 0,4 -0,7% или же с большой износостойкостью и твердостью, где количество углевода равно 0,7−1,5%.

Отличаются стали и по степени своей прокаливаемости. По этому критерию они подразделяются на:

• изделия с повышенной прокаливаемостью, где диаметр прокаливания составляет от 80 до 100 мм;
• высокой — диаметр от 50 до 80 мм;
• низкой — от 10 до 25 мм соответственно.

Сферы использования

Данный материал в промышленности имеет довольно широкий спектр применения. Они применяются при изготовлении:

• режущих инструментов;
• измерительных устройств;
• литейных пресс-форм, работающих под давлением;
• рабочих деталей штампов, которые работают по принципу горячего и холодного деформирования;
• высокоточных изделий.

Требования к материалу

Требования к данным материалам предъявляются в зависимости от того, как именно они будут использоваться. Но есть общие требования к ним независимо от марок:

• высокий уровень твердости;
• высокий уровень прочности;
• износостойкость;
• хорошая вязкость, что особенно важно при изготовлении деталей, которые при использовании будут подвергаться ударам;
• низкий уровень чувствительности к перегреву, процессам прилипания и приваривания к деталям, которые подвержены обработке;
• хороший уровень обработки посредством резки металла;
• устойчивость к появлению трещин;
• восприимчивость к прокаливанию;
• пластичность в горячем виде;
• возможность шлифовки;
• возможность противостоять обезуглероживанию.

Естественно, это не все требования. Так, марки, которые предназначаются для использования в условиях холодной деформации, дополнительно должны иметь гладкую рабочую поверхность, сохранять свою форму и размер и иметь предел текучести и упругости. А те материалы, которые должны применяться в условиях горячей деформации, должны иметь высокую теплопроводность, не допускать отпуска и быть устойчивыми к колебанию температур.

Итак, вы рассмотрели особенности инструментальной стали, выяснили, на какие виды и категории она подразделяется и для каких целей используется та или иная их марка. Подробнее информацию о них можно прочесть в других статьях, посвященных этому материалу.